Els investigadors han seqüenciat milions de gens de comunitats microbianes marines, el 80% d’ells nous . S’han recollit 35.000 mostres de la “dermis” de l’oceà, entre la superfície i els 900 metres de profunditat. Els resultats de la investigació es publiquen en una edició especial de la revista ‘Science’.
Els boscos tropicals són coneguts per ser ecosistemes fonamentals per al funcionament del planeta però els experts consideren igualment essencial la funció del microplàncton marí. Un equip internacional i interdisciplinari d'investigadors, amb participació del Institut de Ciències del Mar (ICM) del Consell Superior d'Investigacions Científiques (CSIC), ha elaborat un mapa de biodiversitat de virus, bacteris, arqueus i protistes explorant les seves interaccions i l'impacte del seu entorn, especialment el de la temperatura. La revista Science dedica un número especial amb cinc articles a aquesta expedició.
Els resultats publicats són fruit de les 35.000 mostres recollides en els oceans de tot el món entre 2009 i 2013 a bord del veler Tara. Més d'un centenar d'investigadors han participat en l'expedició de circumnavegació Tara Oceans que, segons asseguren, proporciona recursos sense precedents a la comunitat científica.
"Més enllà de la ciència d'avantguarda que s'ha desenvolupat gràcies al nostre treball en col•laboració amb la Fundació Tara Expeditions, aquesta aventura tracta de mostrar l'important que és l'oceà per al nostre benestar", explica Eric Karsenti, cap científic de l'expedició Tara Oceans.
El microbioma de l'oceà
El 70% de la superfície de la Terra està format per mars i oceans, i en ells habiten la major part de formes de vida del planeta, els organismes microscòpics del plàncton marí. El plàncton està format per organismes microscòpics: virus, bacteris, arqueus, protistes i petits eucariotes multicel·lulars. Produeixen la meitat de l'oxigen, actuen com a embornal de CO2, influeixen en el clima i formen la base de la cadena tròfica de la qual s'alimenten peixos i mamífers marins.
Silvia G. Acinas, investigadora del CSIC a l'Institut de Ciències del Mar a Barcelona i coautora dels articles de Science, assenyala com una de les gestes de l'expedició Tara Oceans "descriure la diversitat microbiana a escala global i a un nivell de resolució abans impensable. Això s'ha aconseguit gràcies a l'ús de la seqüenciació massiva d'ADN i ARN". Acinas ha liderat l'estudi sobre el microbioma oceànic juntament amb investigadors de l'European Molecular Biology Laboratory (Alemanya) i del Vlaams Instituut voor Biotechnologie (Bèlgica).
Els investigadors de Tara Oceans han seqüenciat més de 7,2 trilions de parells de bases d'ADN de les comunitats microbianes marines. Aquest volum de seqüenciació és 1.000 vegades superior a qualsevol estudi previ de diversitat marina o de seqüenciació del microbioma d'altres ambients, és fins i tot més gran que l'anàlisi del microbioma humà de més de 1.000 persones. D'aquesta manera s'ha generat una base de dades de 40 milions de gens anomenada Ocean Microbial Reference Gene Catalog. Els científics destaquen el fet que un 80% dels gens identificats en Tara Oceans siguin nous.
"Un dels resultats més sorprenents ha estat detectar que un 67% dels gens del microbioma de l'oceà són compartits per tots els bacteris i arqueus marins", afegeix la investigadora. Entre els futurs reptes, asseguren els científics, està determinar quina funció fan aquests gens i determinar el seu ús potencial a nivell biotecnològic o biomèdic.
Les investigacions de Tara Oceans s'han centrat en l'estudi de la "dermis" de l'oceà, des de la seva superfície fins a un màxim de 900 metres de profunditat. Aquestes dades "es complementaran amb els resultats de l'expedició Malaspina, liderada pel CSIC, que ha recollit mostres de l'oceà profund fins als 4.000 metres de profunditat i en la qual també estan involucrats els investigadors de l'Institut de Ciències del Mar", apunta Acinas.
Les claus del plàncton
L'ús de la computació d'alt rendiment ha permès compilar un catàleg de gens procedents de més de 35.000 espècies diferents de bacteris i arqueus el contingut genòmic del qual era, majoritàriament, desconegut. Aquests models computacionals han permès també predir com interactuen els microorganismes planctònics. Els científics han descobert que es tracten moltes d'elles d'interaccions parasitàries.
Així mateix, els investigadors han estudiat la influència dels factors mediambientals, com poden ser la temperatura, el pH i els nutrients, en els organismes microscòpics flotants de l'oceà. Així s'ha vist que depenent de la temperatura de l'aigua es troben comunitats microbianes diferents o que els remolins oceànics, com els del corrent d'Agulhas -una barrera natural entre l'Oceà Índic i l'Atlàntic Sud-, separen les comunitats planctòniques.
També s'ha estudiat l'exploració de la biodiversitat dels protistes i virus marins a nivell global. Els protistes són eucariotes unicel•lulars que havien quedat en l'oblit durant molt de temps i dels que han evolucionat tots els organismes superiors i el paper dels virus són fonamentals per mantenir la diversitat microbiana.
L'expedició Tara Oceans està recolzada pel Centre National de la Recherche Scientifique (França); l'European Molecular Biology Laboratory (Alemanya), i la Commissariat à l'énergie atomique et aux Energies Alternatives (França). El projecte compta, a més, amb la participació de diverses institucions públiques i privades. A Catalunya, els investigadors del CSIC participants a Tara Oceans van comptar amb el recolzament de la Generalitat de Catalunya.
Sunagawa, Coelho, Chaffron, et al. Structure and Function of the Global Ocean Microbiome. Science. DOI: 10.1126/science.1261359
De Vargas, Audic, Henry, et al. Eukaryotic plankton diversity in the sunlit global ocean. Science. DOI: 10.1126/science.1261605
Lima-Mendez, Faust, Henry et al. Determinants of community structure in the global plankton interactome. Science. DOI: 10.1126/science.1262073
Villar, Farrant, Follows et al. Environmental characteristics of Agulhas rings affect inter-ocean plankton transport. Science. DOI: 10.1126/science.1261447
Brum, Ignacio-Espinosa, Roux et al. Global patterns and ecological drivers of ocean viral communities. Science. DOI: 10.1126/science.1261498